放射光を用いた1分子計測法は生体分子内運動を可視化する

使用同步加速器辐射的单分子测量方法可视化生物分子内的运动

基本信息

  • 批准号:
    02J11108
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2002 至 2003
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

生体分子の機能を正確に理解するためには、個々の生体分子が有する動的な構造変化をリアルタイム計測することが不可欠である。そこで近年、これら計測を実現するために放射光を利用したX線1分子計測法が考案された。本研究では、新規計測法であるX線1分子計測法(Diffracted X-ray Tracking:DXT)の原理実験、高度化、そして更なる応用研究を行ってきた。本研究の成果は、まずDXT実現のためのキーテクノロジーであるナノ結晶の作製に成功した点である。従来とは全く異なる手法を用い、直径約15-25nmの2種類の異なるナノ結晶(Mo/Si多層膜ナノ粒子、及びAuナノ結晶)の作製に成功した。そして、これらナノ結晶を用い、基板上に孤立させた各種蛋白質(DNA,ミオシン、アクチン等)1分子の動的な構造情報を検出しただけでなく、更には定常的解析が難しいとされる膜蛋白質を用いたDXT測定の実現にも成功した。特に、Bacteriorhodopsinにおいては、35アミノ酸残基において、BR状態からM中間体への構造変化が14.6±9.7mrad(0.73±0.48Å)であることを検出した。この値は、X線結晶構造解析により得られた値と非常によく一致する結果であった。本研究では、DXTが膜蛋白質においても高精度な計測が可能であることを実証すると共に、細胞システム内でのDXT1分子計測実現に向けた大きな一歩を示した。更に、DXTを用いて生体分子の光熱変換過程における特異な分子振動現象を捕らえることに成功した。本研究の更なる進展は、生体分子の光熱変換過程の詳細を明らかにするだけでなく、生体分子の光励起後のエネルギーの流れの素過程を解明、更にはより効率的に光を利用した人工生体分子の創製も可能になると予想される。本研究を通して可視化された蛋白質の分子内運動は、ごく僅かでしかない。しかし本研究を通して得られた成果は、生命科学が進展し分子内運動の可視化が当たり前となる未来へ向けた大きな一歩である。
A correct understanding of the function of biological molecules is essential to the structural evolution of biological molecules. In recent years, X-ray molecular measurement has been studied. This study was conducted to investigate the principle, refinement and application of Diffracted X-ray Tracking (DXT). The results of this study show that DXT has been successfully manufactured. Two kinds of different crystals (Mo/Si multilayer particles and Au crystals) with diameters of about 15-25nm were successfully fabricated by using different methods. The molecular structure information of various proteins (DNA, protein, protein, etc.) isolated on the substrate was successfully detected by DXT. In particular, Bacteriorhodopsin has a structural change of 14.6±9.7mrad(0.73±0.48 mrad) for 35 amino acid residues. The results of the X-ray crystallographic analysis are very consistent. This study demonstrates the possibility of high-precision measurement of DXT membrane proteins in human cells. In addition, DXT is successfully used in the photothermal conversion process of living molecules. The further progress of this research includes the detailed understanding of the photothermal conversion process of biological molecules, the understanding of the process of photothermal conversion of biological molecules after excitation, and the possibility of the creation of artificial biological molecules using efficient light. This study aims to visualize the intramolecular movement of proteins. The results of this research have been achieved, and advances in life sciences have been made in visualizing intramolecular motion.

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Yuji C.Sasaki: "Diffracted X-ray Tracking : new system for single molecular detection with X-rays"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 467-468. 1049-1052 (2001)
Yuji C.Sasaki:“衍射 X 射线跟踪:用 X 射线进行单分子检测的新系统”物理研究中的核仪器和方法 A. 467-468。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
奥村 泰章: "X線1分子計測法を用いたDNA1分子のブラウン運動計測"放射光. 14. 349-355 (2001)
Yasuaki Okumura:“使用 X 射线单分子测量对单个 DNA 分子进行布朗运动测量”同步辐射 14. 349-355 (2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Yasuaki Okumura: "Dispersive One-Dimensional (Mo/Si) Nanocrystals for Single Molecular Detection System using x rays"Journal of Applied Physics. 92. 7469-7474 (2002)
Yasuaki Okumura:“使用 X 射线用于单分子检测系统的分散一维 (Mo/Si) 纳米晶体”应用物理学杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Yuji C.Sasaki: "Picometer-Scale Dynamical X-ray Imaging of Single DNA Molecule"Physical Review Letters. 87. 248102-1-248102-4 (2001)
Yuji C.Sasaki:“单 DNA 分子的皮米级动态 X 射线成像”物理评论快报。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Yasuaki Okumura: "Dispersive One-Dimensional (Mo/Si) nanocrystals for Single Molecular Detection Systems using X-rays"Journal of Applied Physics. 92. 6 (2002)
Yasuaki Okumura:“使用 X 射线的单分子检测系统的分散一维 (Mo/Si) 纳米晶体”应用物理学杂志。
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奥村 泰章其他文献

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